Bevezetés
Míg a legtöbb szuszpenzió és polimer szerkezetű anyag nyírási hígulásos, egyes anyagok nyírási sűrítéses viselkedést is mutathatnak, ahol a viszkozitás a nyírási sebesség vagy a nyírási feszültség növekedésével nő. Ezt a jelenséget gyakran nevezik dilatanciának is, és bár ez a Nyírási sűrítésMíg a legtöbb szuszpenzió és polimer szerkezetű anyag nyírási hígulásos, egyes anyagok nyírási sűrítéses viselkedést is mutathatnak, ahol a viszkozitás a nyírási sebesség vagy a nyírási feszültség növekedésével nő.nyírási sűrítés egy konkrét mechanizmusára utal, a kifejezéseket gyakran felváltva használják. A legtöbb esetben a nyírási sűrűsödés a nyírási sebességek egy évtizede alatt következik be, és alacsonyabb és magasabb nyírási sebességeknél is lehet egy-egy nyírási hígulással jellemezhető régió.
Általában a nagy koncentrációjú szilárd részecskéket tartalmazó diszperziók vagy részecskeszuszpenziók, paszták, asszociatív polimerek, mint például a HASE, HEUR polimerek stb. mutatnak nyírási sűrítést. A nyírási sűrűsödést mutató anyagok sokkal ritkábban fordulnak elő ipari alkalmazásokban, mint a nyírási hígulást mutató anyagok, azonban ahol nyírási sűrűsödéssel találkozunk, ott az anyagok súlyos feldolgozási problémákhoz vezethetnek. Azok az anyagok, amelyek nyírás hatására mikroszerkezeti vagy orientációs változásokon mennek keresztül, amelyek megnövekedett áramlási ellenálláshoz vezetnek, általában nyírási vastagodást mutatnak.
A szuszpenziók esetében ez általában olyan anyagokban fordul elő, amelyek kisebb nyírási sebességek és nyírófeszültségek esetén nyírási elvékonyodást mutatnak. Kritikus nyírófeszültség vagy nyírósebesség esetén a nyírási vékonyodásért felelős szervezett áramlási rendszer megszakad, és úgynevezett "hidroklóder" kialakulás vagy "elakadás" következhet be. Ez átmeneti szilárdságszerű reakciót és a megfigyelt viszkozitás növekedését eredményezi. A nyírási sűrűsödés polimereknél is előfordulhat, különösen az amfifil polimereknél, amelyek nagy nyírási sebességnél megnyílhatnak és megnyúlhatnak, így a lánc olyan részei válnak láthatóvá, amelyek képesek átmeneti intermolekuláris társulások kialakítására.
Matematikailag a nyírási sűrűsödési viselkedés a powerlaw-modell segítségével modellezhető:
Hol
k a konzisztencia
n a hatványtörvény-index
σ a nyírási sebesség,
-γ a nyírási sebesség.
A nyírási SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségű folyadékok esetében n nagyobb, mint 1.
Meg kell jegyezni, hogy a viszkozitás emelkedése nagy nyírási sebességnél más jelenség, például a folyadék turbulenciája révén is bekövetkezhet. Ez a hatás azonban inkább kisebb viszkozitású folyadékoknál jelentkezik, és a Reynolds-számmal végzett számításokból előre jelezhető
Kísérleti
- A 75%-os tömegű kukoricakeményítő/víz szuszpenzió keverék nyírási sűrítési viselkedését egy nyírási sebességtáblázatos vizsgálat elvégzésével és az így kapott görbe elemzésével értékelték, egy Teljesítménytörvény modellA hatványtörvény-modell egy gyakori reológiai modell a minta nyírási hígulásának (tipikusan) számszerűsítésére, ahol a nullához közelebbi érték a nyírási hígabb anyagot jelzi.hatványtörvény-modell illesztésével.
- A rotációs reométeres méréseket Peltier-lemezkazettával és érdesített párhuzamos lemezes mérőrendszerrel ellátott Kinexus rotációs reométerrel végeztük, az rSpace szoftverben előre konfigurált szabványos szekvenciákat használva.
- Egy szabványos terhelési szekvenciát használtunk annak biztosítására, hogy mindkét mintát egységes és ellenőrizhető terhelési protokollnak vesszük alá.
- Minden reológiai mérést 25°C-on végeztünk.
- Az áramlási görbét a 0,1 és 100 s-1 közötti nyírási sebességek tesztelésének egyensúlyi táblázatának felhasználásával, valamint e görbe egy kézzel kiválasztott részéhez illesztett Teljesítménytörvény modellA hatványtörvény-modell egy gyakori reológiai modell a minta nyírási hígulásának (tipikusan) számszerűsítésére, ahol a nullához közelebbi érték a nyírási hígabb anyagot jelzi.hatványtörvény-modell segítségével állítottuk elő.
Eredmények és vita
Az 1. ábra a kukoricakeményítő-diszperzió viszkozitás-nyírási sebesség profilját mutatja. Alacsony nyírási sebességnél a minta nyírási hígulásos viselkedést mutat; azonban a körülbelül 8 s-1 kritikus nyírási sebességnél a viszkozitás éles emelkedése figyelhető meg, ami a nyírási sűrűsödésre jellemző. A 0,15 s-1 és 6,5 s-1 közötti adatokra egy hatványtörvény-modellt illesztve a hatványtörvény-index(n) jelentett értéke 0,57, ami megerősíti a nyírási vékonyodási viselkedést(n<1). Ugyanezt a modellt a 10 s-1 és 20 s-1 közötti adatokra illesztve az n értéke 3,01, ami jelentős nyírási sűrítést(n>1) jelez.s.
Következtetés
A vizsgált kukoricakeményítő-víz keverék 8 s-1 felett erős nyírási sűrűsödési viselkedést mutatott, amit a hatványtörvény-index(n) is megerősített, amely a 10 és 20 s-1 közötti adatok esetében 3 értéket adott.
Kérjük, vegye figyelembe...
hogy kúplemezes vagy hengeres geometria is használható. A homokfúvásos geometriát akkor kell megfontolni, ha az anyagban valószínűleg falcsúszási hatások jelentkeznek. A nagyobb geometriák hasznosak az alacsony nyomatékú mérésekhez, amelyek nagyobb valószínűséggel fordulnak elő alacsonyabb nyírási sebességek és feszültségek esetén. Ezeknél a vizsgálatoknál is ajánlott az oldószercsapda használata, mivel az oldószer (pl. víz) elpárolgása a mérőrendszer szélei körül a mérés során a mérőberendezésen kívülre kerül